Toprağı ıslatırken, aletin bıçağı, tohum hazırlığı sırasında gevşeterek kir boyunca keser. Kir granülleri, rastgele görünen şekilde itilir – ancak olmayabilir. Şimdi araştırmacılar, böyle bir sürecin gerçekten rasgele olup olmadığını veya daha doğrusu deterministik olup olmadığını – daha derin anlayışa ve süreci kontrol etme becerisine – aykırı bulmanın bir yolunu buldu.
Toprağı ıslatırken, toprak aletinin bıçağı, tohum hazırlığı sırasında gevşeterek kir boyunca keser. Kir granülleri, kesinlikle rastgele görünen bir şekilde itilir – ancak olmayabilir.
Şimdi, toprak işleme işlemini incelemekten, araştırmacılar böyle bir sürecin gerçekten rasgele olup olmadığını ya da yalnızca öyle görünüyor ve aslında öngörülebilir ve deterministik olup olmadığını daha derin bir anlayışa ve süreci tam olarak kontrol etme becerisine ayıran bir yol bulmuşlardır.
Araştırmacılar, bu matematiksel yöntem, toprağın ötesinde, tanelerin kurutulması ve sınıflandırılmasından sismolojiye kadar çeşitli alanlarda yararlı olabileceğini belirtti. Analizleri bu hafta AIP Publishing dergisinde Chaos dergisinde açıklıyorlar.
Çakılma sırasında, toprak parçacıkları birbirine yapışır ve birbirlerine sürtünürler. Bu etkileşimler, granülleri kuvvette salınan kuvvete maruz bırakır. Bazı koşullar altında, bu dalgalanmalar deterministik olabilir; bu, hesaplamalar, sonuçta oluşan kuvvetlerin daha sonra nasıl davranacağını öngörebileceği anlamına gelir.
Örneğin, bu dalgalanmalar bir yaya bağlanmış iken bir konveyör bandında oturan bir kutunun salınım davranışına benzer olabilir. Konveyör bandı hareket ettikçe, kutu dışarı çekilerek yay gerilir. Yay kuvveti kutuyu yerinde tutan sürtünme kuvvetinden daha fazla olduğunda, kutu geriye doğru kayar, yalnızca konveyör bandı tarafından çekilir. Bükülme dinamiği olarak adlandırılan bu geri-ileri hareket de, tahıllar ve diğer parçacıklar arasındaki etkileşimler, depremleri tetikleyen grev kayma hataları ve hatta bir kertenkelenin ayaklarının sürtünmesinde görülür.
Çubuk kayma davranışı deterministiktir, ancak bazı durumlarda da kaotik olabilir. Sistemin başlangıç koşullarındaki ufak bir değişiklik, çılgınca farklı sonuçlar doğurabilir.
Fakat bu tür kaotik davranışlar çoğunlukla rastgele görünür ve sistemin anlaşılması için gerçekten rasgele olup olmadığını bilmek gereklidir.
Tokyo Üniversitesi, Tarım ve Teknoloji Üniversitesi’nden Kenshi Sakai, “Sistem belirsiz kaos olsaydı, sistemin davranışını daha kesin olarak öngörmek ve kontrol etmek için bir yöntem geliştirmeye başlayabiliriz” dedi. “Ancak, eğer sistem stokastikse, yapabileceğimiz tek şey davranışın oluşma ihtimalini tahmin etmektir.”
Sopa kayma modeli gibi deterministik kaostan saf rastgele ayrımcılıktan ayıran matematiksel araçlar vardır. Ancak, Sakai, istatistiksel gürültünün veriyi kirlettiği zaman bu araçların da işe yaramayacağını belirtti. Örneğin, toprak işlemesinin dağınık gerçeğine özgü gürültü.
Araştırmacılar, bir dizi toprak işleme deneyinde test ettikleri yeni bir teknik araştırdı. Deneyde, Davis Kaliforniya Üniversitesi’nde geliştirilen, toprağı kesen kuvvetleri ölçen bir cihaz kullandılar. Bu ölçümleri Yolo killi topraktaki dört şart altında yapmışlardır: tilled ve kuru, tilled ve ıslak, öğütülmemiş ve kuru, ıslatılmamış ve ıslak.
Araştırmacılar verileri analiz ederek normalleştirilmiş deterministik doğrusal olmayan tahmin (NDNP) adlı bir parametre hesapladılar. Bu sayı birden az olduğunda sistem rastgele çıktı. Fakat eğer birden fazla ise, deterministiktir. Yalnızca toprağın tandırıldığı ve kurutulduğu durum belirgindir. Drenajlı ve ıslak kutu belirsizdi, NDNP değeri 1 idi.
Bu sonuçlar, NDNP’nin bir sistemin deterministik olup olmadığını belirlemenin nispeten basit bir yol olduğunu gösteriyor. Bir önemli kullanım sismik verileri analiz etmek ve belki de gelecekteki depremleri daha iyi tahmin etmek olabilir.
Kaynak:
Amerikan Fizik Enstitüsü (AIP)